[实用新型]一种多功能大尺度物理模型浇筑加载试验装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及岩土相似材料物理模型浇筑、养护、加载试验技术领域，更具体涉及一种多功能大尺度相似材料物理模型浇筑加载试验台架，适用于各种强度岩土相似材料物理模型试验整个过程中，大尺度岩土材料模型的浇筑、养护、开挖、加载及监测。

背景技术

随着我国经济社会的发展，城市化进程的加快,越来越多的常住人口涌入有限的城市空间。为解决城市人口增多与用地紧张的矛盾，越来越多的城市开始利用地下空间发展地下交通。地下隧道洞室的开挖必然会对原岩造成扰动，引起围岩应力重分布，进而影响地表建筑物的安全与稳定。特别是在围岩强度较低的破碎地层中进行隧道开挖时，前期通过相似材料物理模型试验来模拟施工过程中软弱围岩的物理力学性状，进而通过模型试验反推施工参数，这对于在复杂地质条件下，保证工程的安全与稳定具有重大意义。地下隧道工程施工过程中，不同的洞室开挖顺序，不同的施工方法，必然会对围岩产生不同的影响。寻找一种快捷、经济、安全、高效的施工工序是近年来业界较为关注的一个课题。随着施工工艺水平与机械工程的发展，地下工程隧道开挖断面越来越大，对地表建筑物造成的施工扰动也越来越大。为了确保工程的安全与稳定，在施工过程中都会加强对地面建筑物和洞室围岩的位移变形监测。城市建设中大断面隧道工程出现的频率越来越多，随之带来的诸多问题也越来越复杂。因此，大断面隧道开挖已成为当前地下工程中重要且不可回避的问题。

目前，研究软弱破碎地层隧道开挖施工过程中围岩力学行为的主要手段多为数值分析及模型试验，大尺度、大断面隧道的施工方法和围岩稳定性研究是该方向的主要课题。虽然数值分析法在研究较为复杂的施工问题时具有简便易行的优点，但是数值计算模型往往与实际工程地质条件出入较大。因此，几乎所有的重大工程，都会采用一定相似比的相似材料模型试验来模拟施工工况，有的工程甚至采用1:1的原型试验。在软弱破碎岩体中开挖洞室施工，由于围岩强度较低，易发生洞室垮塌、围岩破裂等现象，因此在此种围岩强度条件下，相似材料模型试验成为了不可或缺的工序。

在开展相似材料模型试验的过程中，选取符合现场岩体力学参数的相似材料配比是该方法的关键。这就要求开展大量的配比试验：选取不同的材料配比，制作标准试件，通过单轴抗压试验、直剪试验等来确定最终配比。同时低强度大尺度模型在浇筑、养护、开挖、加载等过程中需要配套的试验台架设备。近年来，国内外很多学者也在不断推进和发展此类模型试验方法和技术。已有许多学者在地质力学模型试验方面开展了大量的工作，得到了许多有益的成果与结论。

目前已有的试验设备存在一些不足之处：①现有的模具在制作标准试件时，由于相似材料强度低，多发生脱模失败，试件破损，造成材料浪费，影响试验进度；②模型加载试验台架样式固定，不能满足不同条件下的开挖要求，现有大多数试验台架无法实现“加围压”的试验工况；③低强度相似材料应变砖制作模具低效、耗材、成功率低。本实用新型涉及的多功能大尺度岩土相似材料模型试验台架装置，能够满足大尺度模型体浇筑、养护、开挖、加载及监测的要求，通过在模型体内预埋的监测元件，结合试验台架本身，实现对开挖过程中围岩应力、位移变化规律的实时监测记录。

发明内容

本实用新型的目的是在于提供了一种能够满足模拟各强度岩体相似材料物理模型试验的试验装置，结构简单灵活，模型试验台架正面为螺栓连接的分片组装式护板，护板内侧采用特制的高强度有机玻璃护板，并且模型试验台架侧面配套有液压加载设备。该试验台架能够模拟各强度岩体开挖时，不同洞室断面、不同开挖步序、不同围压条件下的施工工况，实现了对模型试验全过程的实时直观的监测记录。极大地有利于岩土相似材料物理模型试验的研究。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：